用于钾离子电池负极材料的非晶FeVO4

本文亮点：

1.研究了非晶FeVO4作为钾离子电池负极材料的电化学性质,该材料具有超过300mAh/g的可逆储钾比容量；

2.该材料对钾离子的可逆存储来源于表面（赝）电容效应和体相氧化还原反应的协同作用，在此过程中Fe和V均表现出电化学活性；

3.和炭黑复合后，非晶FeVO4表现出良好的倍率和循环稳定性，在300mA/g电流密度下能稳定循环2000圈，库伦效率约为99.8％。

【前沿部分】

太阳能、风能、潮汐能等间歇性能源的不断开发对能量存储系统的价格和使用寿命提出了更加严格的要求。受限于锂资源的储量和价格，目前已经商业化的锂离子电池（LIBs）很难满足这种大规模储能的要求。相较于锂，钾在地壳中具有更高的存储量，并且具有和锂相似的标准电极电势。因此，钾离子电池（KIBs）有可能成为锂离子电池的替代品。目前，对于钾离子电池负极材料的研究主要集中在比容量较低的碳材料上。虽然金属氧化物通常具有比碳材料更高的理论比容量，但是钾离子较大的半径使得这类材料在储钾的过程中体积变化严重，容量损失迅速。因此，金属氧化物负极材料在钾离子电池中的应用鲜有报道。

最近，北京特种航天大学化学学院朱禹洁教授（青年千人）课题组和郭林教授课题组通过化学沉淀法成功合成了非晶FeVO4（a-FVO）材料。当用作钾离子电池负极时，与对应的晶体材料相比，非晶FeVO4表现出优异的电化学性能。作者发现，在充放电过程中，表面（赝）电容效应和体相氧化还原反应均起到了存储电荷的作用，材料中的Fe和V元素均表现出电化学活性。但与锂离子电池中常见的金属氧化物负极材料不同的是，FeVO4在放电（钾离子嵌入）过程中并没有生成金属Fe或V，这有利于该材料获得优异的循环稳定性